Полистирольные суспензии, содержащие наночастицы оксидов металлов (1091724), страница 8
Текст из файла (страница 8)
ТГА проводили наприборе синхронного термического анализа STA 449 F3 Jupiter (Netzsch,Германия) в алюминиевых запрессованных тиглях с отверстием в центрекрышки в динамической атмосфере синтетического воздуха (чистота 99.999%, скорость продувки 50 мл/мин) с использованием в качестве защитногогаза азота (чистота 99.999 %, скорость продувки 20 мл/мин).
Измеренияпроводились при нагревании от 30 до 600 °С со скоростью 10 К/мин всоответствии с ГОСТ 29127-91, ISO11358-2005.492.3.12Изучениеадсорбционныхиантимикробныхсвойствкомпозиционных полистирольных микросферАдсорбционные свойстваИзучениеадсорбционнойспособностиобразцовпроведенонаискусственных смесях (стандарт ICP-MS-68A фирмы High-Purity Standards,США; раствор содержит 68 элементов в концентрации 10 мг/л каждый): копределенной навеске образца добавляли 10 мл стандартного раствора сконцентрацией 1 ppm (Cнач) ионов Al, As, Ba, Be, Bi, B, Ca, Cd, Ce, Co, Cr, Cs,Cu, Dy, Er, Eu, Ga, Gd, Ho, In, Fe, La, Pb, Li, Lu, Mg.
Mn, Nd, Ni, P, K, Pr, Re,Rb, Sm, Sc, Se, Na, Sr, Tb, Tl, Th, Tm, U, V, Yb, Y, Zn, Sb, Ge, Hf, Mo, Nb, Si,Ta, Te, Sn, Ti, W, Zr, Ir, Os, Pd, Pt, Rh, Ru в 3%-ной азотной кислоте. Растворытщательно перемешивали и оставляли с сорбентом некоторое время, затемфильтровали через 0.45 мкм мембранный фильтр и разбавляли по массе в100 раз 3%-ной азотной кислотой. Концентрацию в растворах после сорбции(Cкон) измеряли методом масс-спектрометрии с индукционно-связаннойплазмой (Perkin Elmer ELAN DRC-E, США).
Степень сорбции (величинаR,%) рассчитана по формуле R=100-(Cкон)/(Cнач),%.Антимикробные свойстваДля микробиологических исследований были предоставлены образцыпорошков (оксида цинка и диоксида титана) и суспензий полистирольныхмикросфер, содержащих наночастицы ZnO и TiO2 на поверхности. Былипроведены исследования антимикробной активности образцов в отношенииследующего ряда микроорганизмов: Staphylococcus aureus, Staphylococcusepidermidis, Escherichia coli, Bacillus antracoides, Candida Albicans.Взвесь определѐнного вида бактерий, объѐмом 50 мкл, засевали«газоном» на мясопептонный агар (МПА). Дрожжеподобные грибы родаCandida засевали в том же объѐме «газоном» на агаризованную средуСабуро. Затем по поверхности агара, засеянного бактериями, размещали50бумажные диски, на которые помещали порошки. В случае испытанийполистирольных суспензий в агаре, засеянном бактериями, делали лункидиаметром 3 мм, в которые помещали пасты с одинаковым сухим остаткомполистирольных микросфер, полученных в отсутствие наночастиц, иполистирольных микросфер, содержащих наночастицы ZnO и TiO2 (частичновыпаренныеполистирольныесуспензии).Лункиделалинаравномрасстоянии друг от друга и на расстоянии 2 см от края чашки Петри.
Чашки снанесенными бактериями на агар, лунками с пастой и дисками помещали втермостат при 37 °С на 48 часов. Результаты оценивали по феноменузадержки роста микроорганизмов вокруг лунок и пластин. Диаметр зонзадержки роста микробов вокруг лунок и дисков определяли с помощьюлинейки,включаядиаметрсамойлункиилидиска.Степеньчувствительности микроорганизмов к исследуемым образцам определяливеличиной зоны отсутствия роста микроорганизмов. Необходимо отметить,что микробиологические исследования проводили в боксе, предварительнооблученном УФ лампой для стерилизации перед посевом бактерий напитательные среды.51Глава 3.
Результаты и их обсуждениеСинтез полимерных суспензий с иммобилизованными в полимерныхмикросферах наночастицами для биотехнологии был подробно рассмотренпри получении композиционных материалов, обладающих магнитнойвосприимчивостью и антимикробными свойствами [71, 72].Была показана необходимость обеспечения устойчивости дисперснойсистемы на всех стадиях получения композиционного материала ииспользования наночастиц с определенной морфологией и свойствами ихповерхности.В данной работе эти исследования продолжены с целью полученияновых эффективных композиционных материалов для биотехнологии.Несмотря на значительный интерес в области синтеза композиционныхполимерных суспензий с иммобилизованными в частицах наночастицамиоксидов металлов, отсутствие их реализации на практике в основном связанос их недостаточной устойчивостью.
Это заставляет обратиться к поискуновых подходов к выбору дисперсности эмульсий, в которых протекаетполимеризация и ПАВ для стабилизации композиционных частиц.Предварительные исследования показали, что эту проблему можнорешить, используя высокодисперсные эмульсии мономера и ПАВ, способныеформировать на поверхности капель эмульсии и полимерных микросферструктурно-механический и электростатический барьеры устойчивости. Дляэтой цели рекомендуют использовать смесь додецилсульфата натрия ицетилового спирта.Таким образом, необходимо было решить три основные задачи:выбрать условия получения высокодисперсной эмульсии мономера, мольныесоотношениясмесиПАВ,иизучитьполимеризациюмономераввысокодисперсной эмульсии мономера, ненаполненной наночастицами, сцелью выбора условий для полимеризации эмульсий, содержащих оксидыметаллов.52Для выбора мольных соотношений ДСН и ЦС была использованафазовая диаграмма ДСН-ЦС-вода [73, 74].
На фазовой диаграмме (рис. 3(1))была выбрана область в интервале мольных соотношений ДСН и ЦС, равныхот 0.25:1.5 до 3:3.5, в которой формируются жидкокристаллические фазы.Это предполагает, что при полимеризации мономера в их присутствии ввыбранном интервале мольных соотношений на поверхности полимерныхмикросфер будут формироваться прочные межфазные слои, обеспечивающиеустойчивость полимерной суспензии.Рис. 3(1) Фазовая диаграмма додецилсульфат натрия - цетиловый спирт вода (– область проведения исследований): I - область полиэдральныхагрегатов, II – система, содержащая частицы, поверхностный слой которыхсодержит бислои из цетилового спирта [73]Условияполучениявысокодисперснойэмульсиидолжныбылиучитывать все виды воздействия для создания устойчивой высокодисперснойсистемы с узким распределением частиц по размерам и диаметрами не более0.2 мкм.53При этом учитывали литературные данные по влиянию объемногосоотношения мономер/водная фаза, природы и концентрации инициатора,концентрации эмульгатора, со-ПАВ, длительности УЗ-воздействия и способадобавления со-ПАВ на дисперсный состав эмульсии [75].3.1.Полимеризациястиролаввысокодисперсныхэмульсияхвотсутствие неорганических наночастицИзвестно, что дисперсность исходных эмульсий зависит от объемногосоотношения мономер/водная фаза, температуры, природы и концентрацииинициатора,концентрацииПАВидлительностиультразвуковоговоздействия [75].Обязательным условием синтеза полистирольных суспензий была ихустойчивость в процессе полимеризации и полная конверсия мономера.
Длявыбора условий проведения полимеризации стирола было изучено влияниеобъемного соотношения мономер/водная фаза, температуры, природы иконцентрацииинициатора,концентрацииПАВидлительностиультразвукового воздействия на скорость полимеризации, средний диаметр иРЧР.Было исследовано влияние объемного соотношения фаз стирол/вода(были выбраны соотношения 1:9, 1:6 и 1:3) на зависимость конверсиимономера от времени и показано, что с увеличением концентрации мономераскорость полимеризации увеличивается и что во всех трех случаяхобразуются полимерные суспензии, в которых при уменьшении содержаниямономерной фазы снижается средний диаметр частиц: при объѐмномсоотношении фаз 1:3 – 139 нм, при 1:6 – 86 нм, при 1:9 – 77 нм. Во всехдальнейших исследованиях было выбрано объемное соотношение фазстирол/вода, равное 1:6, поскольку в этих условиях система была наиболееустойчива.54Влияниеприродыинициаторанаскоростьполимеризациидемонстрируют кривые конверсия-время, приведѐнные на рисунке 3.1(1).
Изграфиков видно, что при использовании маслорастворимого инициатора(ДАК) скорость полимеризации очень низкая, полимеризация за 2 чпротекает до конверсии 40 %. Таким образом, использовать его для синтезаполимерных микросфер нецелесообразно, и дальнейшие исследования будутпроводиться в присутствии водорастворимого инициатора (ПК).901Конверсия мономера, %807060250403020100020406080100120140Время, минРис. 3.1(1)Графики зависимость конверсии мономера от времени вприсутствии: 1 – ПК; 2 – ДАК. Температура -70 ºС, концентрацииинициатора - 2 % масс. в расчете на мономер, концентрация ДСН - 3 % масс.в расчете на мономер, мольное соотношение ДСН/ЦС = 1:2, УЗ-обработка амплитуда – 20%, общее время обработки 12.5 мин, длительность импульса10 с, время между импульсами 2 с55При исследовании влияния концентрации инициатора на кинетикуполимеризации отмечалось, что повышение концентрации персульфата калияприводит к увеличению скорости полимеризации и к уменьшению периодаиндукционного периода (рис.
3.1(2)). При концентрации персульфата калия,равной 2 % масс. в расчѐте на мономер средний диаметр частиц, составил 86нм.902Конверсия мономера, %801706050403020100010203040506070Время, минРис. 3.1(2)Графики зависимость конверсии мономера от времени приконцентрации ПК: 1 - 2 % масс. в расчете на мономер; 2 – 3 % масс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
